Controllo di motori elettrici

Al giorno d’oggi in molti azionamenti elettrici è richiesta un’elevata dinamica; in tal caso, il motore e la strategia per il suo controllo hanno un peso enorme sulle prestazioni globali.

COME POSSIAMO PREVEDERE LE PRESTAZIONI DI UN MOTORE?

Poter predire agevolmente la risposta del sistema ad una determinata variazione di una grandezza di riferimento consente fin dal principio di investigare diverse configurazioni (ad esempio diversi motori) e di valutare la scelta migliore fra quelle disponibili nelle fasi iniziali della progettazione, con un risparmio successivo di tempo e risorse.

La simulazione dell’intero sistema comprendente motore, convertitore elettronico, carico meccanico e controllo, può essere effettuata grazie ad Activate e alle sue librerie di blocchi signal and physical based.

ECCO I QUATTRO MODI PER INTEGRARE UN MOTORE

Per quanto concerne, nello specifico, il motore elettrico, la sua integrazione del modello in Activate può essere realizzata in quattro modi diversi, i quali differiscono per quanto riguarda l’accuratezza nei risultati e, conseguentemente, i tempi di calcolo:

  • Modello matematico signal-based

Si tratta del metodo più semplice e snello in assoluto. Con l’utilizzo dei blocchi classici vengono modellizzate le equazioni differenziali su cui si basa la teoria delle macchine elettriche. Ad esempio, per una macchina brushless in assi d-q si ha:

Si tratta di solito di modelli che trascurano le principali non-idealità (saturazione magnetica, armoniche di ordine superiore, etc.) e restituiscono molto rapidamente una stima del comportamento della macchina.

  • Modello circuitale con blocchi “physical-based”

Analogamente a quanto descritto nel punto 1, anche in questo caso vengono risolte le equazioni differenziali della macchina, con la differenza che esse sono integrate nei componenti circuitali. Ciò rappresenta per l’utente una notevole semplificazione, e permette l’inserimento anche di componenti specifici per simulare alcune delle principali non-linearità. Sempre attraverso l’uso di componenti circuitali, è possibile creare perfino un modello semplificato del percorso attraversato dal flusso magnetico di un polo, con riluttanze magnetiche costanti (traferri in aria) e variabili (materiali ferromagnetici dolci caratterizzati dalla saturazione).

  • Co-simulazione offline (attraverso LUTs) con software fem elettromagnetici

Diversi software (Flux, FluxMotor, Motor-CAD, offrono la possibilità di effettuare simulazioni fem elettromagnetiche e restituire mappature di alcuni parametri soggetti a variazioni non-lineari, quali ad esempio le induttanze in assi d e q rispetto alle correnti, esportabili in formato di testo o excel. Tali dati tabellari possono essere impiegati per riempire delle Look-Up Tables 1D, 2D o 3D in Activate e simulare in maniera più accurata il comportamento della macchina.

  • Co-simulazione diretta con Flux

La co-simulazione diretta con un modello transiente di Flux, 2D o 3D, rappresenta un vicendevole scambio di dati fra i due software. Si tratta del massimo ottenibile da questo tipo di simulazioni, in quanto si basa, istante per istante, su un modello di motore completamente agli elementi finiti. Pertanto sia l’accuratezza che i tempi di calcolo sono quelli di una simulazione transiente magnetica di Flux.